ساختار پوسته های الکترونیکی اتم ها. پوسته الکترونی یک اتم هشت الکترون

ما متوجه شدیم که قلب یک اتم هسته آن است. الکترون ها در اطراف آن قرار دارند. آنها نمی توانند بی حرکت باشند، زیرا بلافاصله بر روی هسته قرار می گیرند.

در آغاز قرن بیستم. یک مدل سیاره‌ای از ساختار اتم اتخاذ شد که بر اساس آن الکترون‌ها در اطراف یک هسته مثبت بسیار کوچک حرکت می‌کنند، درست همانطور که سیارات به دور خورشید می‌چرخند. تحقیقات بیشتر نشان داد که ساختار اتم بسیار پیچیده تر است. مشکل ساختار اتمی همچنان برای علم مدرن مرتبط است.

ذرات بنیادی، یک اتم، یک مولکول - همه اینها اشیایی از یک عالم کوچک هستند که توسط ما قابل مشاهده نیستند. قوانین متفاوتی نسبت به کیهان کلان دارد که می‌توانیم اجرام آن را مستقیماً یا با کمک ابزار (میکروسکوپ، تلسکوپ و غیره) مشاهده کنیم. بنابراین، هنگام بحث بیشتر در مورد ساختار پوسته های الکترونیکی اتم ها، متوجه خواهیم شد که ما در حال ایجاد نمایش (مدل) خود هستیم، که تا حد زیادی با دیدگاه های مدرن مطابقت دارد، اگرچه کاملاً شبیه به یک شیمیدان نیست. مدل ما ساده شده است.

الکترون‌ها که در اطراف هسته اتم حرکت می‌کنند، روی هم پوسته الکترونی آن را تشکیل می‌دهند. همانطور که می دانید تعداد الکترون های موجود در پوسته یک اتم برابر با تعداد پروتون های هسته یک اتم است؛ این عدد با عدد ترتیبی یا اتمی عنصر در جدول D.I. مندلیف مطابقت دارد. بنابراین، پوسته الکترونی اتم هیدروژن از یک الکترون، کلر - هفده، طلا - هفتاد و نه تشکیل شده است.

الکترون ها چگونه حرکت می کنند؟ هرج و مرج، مانند میله های اطراف یک لامپ در حال سوختن؟ یا به ترتیب خاصی؟ معلوم می شود که در نظم خاصی است.

الکترون های یک اتم از نظر انرژی متفاوت هستند. همانطور که آزمایش ها نشان می دهد، برخی از آنها به شدت جذب هسته می شوند، برخی دیگر - کمتر. دلیل اصلی این امر فاصله متفاوت الکترون ها از هسته یک اتم است. هر چه الکترون ها به هسته نزدیک تر باشند، محکم تر به هسته متصل می شوند و جدا کردن آنها از لایه الکترونی دشوارتر است، اما هرچه از هسته دورتر باشند، جدا کردن آنها آسان تر است. واضح است که با دور شدن از هسته اتم، ذخیره انرژی الکترون (E) افزایش می یابد (شکل 38).

برنج. 38.
حداکثر تعداد الکترون در هر سطح انرژی

به نظر می‌رسد الکترون‌هایی که در نزدیکی هسته حرکت می‌کنند، هسته را از الکترون‌های دیگر مسدود می‌کنند، الکترون‌هایی که با شدت کمتری به هسته جذب می‌شوند و در فاصله بیشتری از آن حرکت می‌کنند. اینگونه است که لایه های الکترونی در لایه الکترونی اتم تشکیل می شوند. هر لایه الکترونی از الکترون هایی با مقادیر انرژی مشابه تشکیل شده است.

بنابراین به لایه های الکترونیکی سطوح انرژی نیز می گویند. در ادامه خواهیم گفت: "الکترون در سطح انرژی معینی قرار دارد."

تعداد سطوح انرژی پر شده توسط الکترون‌ها در یک اتم برابر است با تعداد دوره‌ای در جدول D.I. مندلیف که عنصر شیمیایی در آن قرار دارد. این بدان معنی است که پوسته الکترونی اتم های دوره اول دارای یک سطح انرژی، دوره دوم - دو، از 3 - سه و غیره است. به عنوان مثال، در یک اتم نیتروژن از دو سطح انرژی و در یک منیزیم تشکیل شده است. اتم - از سه :

حداکثر (بزرگترین) تعداد الکترون های واقع در یک سطح انرژی را می توان با فرمول تعیین کرد: 2n 2، که در آن n عدد سطح است. در نتیجه، اولین سطح انرژی زمانی پر می شود که دو الکترون روی آن وجود داشته باشد (2 × 1 2 = 2). دوم - در حضور هشت الکترون (2 × 2 2 = 8)؛ سوم - هجده (2 × 3 2 = 18) و غیره. در درس شیمی برای پایه های 8-9، ما فقط عناصر سه دوره اول را در نظر خواهیم گرفت، بنابراین با سومین سطح انرژی تکمیل شده اتم ها مواجه نخواهیم شد.

تعداد الکترون‌ها در سطح انرژی بیرونی پوسته الکترونی یک اتم برای عناصر شیمیایی زیرگروه‌های اصلی برابر با عدد گروه است.

اکنون می توانیم نمودارهایی از ساختار پوسته های الکترونیکی اتم ها را با هدایت این طرح ترسیم کنیم:

تعداد کل الکترون های روی پوسته را با عدد اتمی عنصر تعیین می کنیم.
بیایید تعداد سطوح انرژی پر شده توسط الکترون ها در پوسته الکترونی را با عدد دوره تعیین کنیم.
بیایید تعداد الکترون ها را در هر سطح انرژی تعیین کنیم (در اول - نه بیشتر از دو؛ در دوم - نه بیشتر از هشت؛ در سطح بیرونی، تعداد الکترون ها برابر با تعداد گروه است - برای عناصر اصلی زیر گروه ها).

هسته یک اتم هیدروژن دارای بار 1+ است، یعنی به ترتیب دارای تنها یک پروتون، تنها یک الکترون در یک سطح انرژی واحد است:

این با استفاده از فرمول الکترونیکی به شرح زیر نوشته شده است:

عنصر بعدی دوره اول هلیم است. هسته اتم هلیوم دارای بار 2+ است. در حال حاضر دو الکترون در سطح انرژی اول دارد:

اولین سطح انرژی فقط می تواند دو الکترون و نه بیشتر را در خود جای دهد - کاملاً کامل شده است. به همین دلیل است که دوره اول جدول D.I. مندلیف از دو عنصر تشکیل شده است.

اتم لیتیوم، عنصری از دوره دوم، دارای یک سطح انرژی بیشتر است که الکترون سوم به آن می رود:

در اتم بریلیم، یک الکترون دیگر به سطح دوم وارد می شود:

اتم بور در سطح بیرونی سه الکترون دارد و اتم کربن چهار الکترون دارد... اتم فلوئور هفت الکترون دارد، اتم نئون هشت الکترون دارد:

سطح دوم فقط می تواند هشت الکترون را در خود نگه دارد و بنابراین در نئون کامل است.

اتم سدیم، عنصر دوره 3، دارای سطح انرژی سوم است (توجه داشته باشید - اتم عنصر دوره 3 شامل سه سطح انرژی است!)، و حاوی یک الکترون است:

لطفاً توجه داشته باشید: سدیم یک عنصر گروه I است؛ یک الکترون در سطح انرژی بیرونی دارد!

بدیهی است که نوشتن ساختار سطوح انرژی برای اتم گوگرد، عنصری از گروه VIA دوره 3 دشوار نخواهد بود:

دوره سوم با آرگون به پایان می رسد:

البته اتم های عناصر دوره چهارم دارای یک سطح چهارم هستند که در آن اتم پتاسیم دارای یک الکترون و اتم کلسیم دارای دو الکترون است.

اکنون که با ایده های ساده شده ای در مورد ساختار اتم های عناصر دوره های 1 و 2 جدول تناوبی D.I. مندلیف آشنا شده ایم، می توانیم توضیحاتی ارائه دهیم که ما را به دیدگاه صحیح تری از ساختار اتم نزدیک می کند.

بیایید با یک قیاس شروع کنیم. همانطور که سوزن چرخ خیاطی با حرکت سریع، پارچه ای را سوراخ می کند، نقشی را روی آن می دوزی، الکترونی که در فضای اطراف هسته اتم بسیار سریع تر حرکت می کند، تنها نه یک الگوی صاف، بلکه یک الگوی سه بعدی ابر الکترونی از آنجایی که سرعت حرکت یک الکترون صدها هزار بار بیشتر از سرعت حرکت یک سوزن خیاطی است، آنها در مورد احتمال یافتن یک الکترون در یک مکان یا مکان دیگر در فضا صحبت می کنند. اجازه دهید فرض کنیم که ما موفق شدیم، مانند یک عکس ورزشی، موقعیت الکترون را در جایی نزدیک هسته تعیین کنیم و این موقعیت را با یک نقطه مشخص کنیم. اگر چنین "تمامی عکس" صدها، هزاران بار انجام شود، مدلی از یک ابر الکترونی دریافت خواهید کرد.

گاهی اوقات ابرهای الکترونی را اوربیتال می نامند. بیایید همین کار را بکنیم. بسته به انرژی، اندازه ابرهای الکترونی یا اوربیتال ها متفاوت است. واضح است که هرچه ذخیره انرژی الکترون کوچکتر باشد، جاذبه آن به سمت هسته قوی تر و مدار آن کوچکتر است.

ابرهای الکترونی (اوربیتال ها) می توانند اشکال مختلفی داشته باشند. هر سطح انرژی در یک اتم با یک اوربیتال s شروع می شود که شکل کروی دارد. در سطح دوم و بعدی، پس از یک اوربیتال s، اوربیتال های p دمبلی شکل ظاهر می شوند (شکل 39). سه اوربیتال از این دست وجود دارد. هر اوربیتال بیش از دو الکترون اشغال نمی شود. در نتیجه، تنها دو مورد از آنها در اوربیتال s و شش عدد در سه اوربیتال p وجود دارد.

برنج. 39.
اشکال اوربیتال های s و p (ابرهای الکترونی)

با استفاده از اعداد عربی برای نشان دادن سطح و نشان دادن اوربیتال ها با حروف s و p و تعداد الکترون های یک اوربیتال معین با عدد عربی در سمت راست بالای حرف، می توانیم ساختار اتم ها را کامل تر به تصویر بکشیم. فرمول های الکترونیکی

بیایید فرمول های الکترونیکی اتم های دوره 1 و 2 را بنویسیم:

اگر عناصر دارای سطوح انرژی خارجی مشابه در ساختار باشند، پس خواص این عناصر مشابه است. به عنوان مثال، آرگون و نئون هر کدام دارای هشت الکترون در سطح بیرونی هستند، و بنابراین آنها بی اثر هستند، یعنی تقریبا وارد واکنش های شیمیایی نمی شوند. آرگون و نئون در شکل آزاد خود گازهایی هستند که مولکولهای آنها تک اتمی هستند. اتم های لیتیوم، سدیم و پتاسیم هر کدام دارای یک الکترون در سطح بیرونی هستند و خواص مشابهی دارند، بنابراین در یک گروه از جدول تناوبی D.I. مندلیف قرار می گیرند.

بیایید یک تعمیم انجام دهیم: همان ساختار سطوح انرژی خارجی به طور دوره ای تکرار می شود، بنابراین خواص عناصر شیمیایی به طور دوره ای تکرار می شود. این الگو در نام جدول تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف منعکس شده است.

کلمات و عبارات کلیدی

الکترون های موجود در اتم ها در سطوح انرژی قرار دارند.
سطح انرژی اول فقط می تواند شامل دو الکترون باشد، دومی - هشت. چنین سطوح تکمیل شده نامیده می شود.
تعداد سطوح انرژی پر شده برابر است با تعداد دوره ای که عنصر در آن قرار دارد.
تعداد الکترون ها در سطح بیرونی یک اتم یک عنصر شیمیایی برابر است با تعداد گروه آن (برای عناصر زیرگروه های اصلی).
خواص عناصر شیمیایی به طور دوره ای تکرار می شود، زیرا ساختار سطوح انرژی خارجی اتم های آنها به طور دوره ای تکرار می شود.

با کامپیوتر کار کنید

به برنامه الکترونیکی مراجعه کنید. مطالب درسی را مطالعه کنید و وظایف محول شده را تکمیل کنید.
آدرس‌های ایمیلی را در اینترنت پیدا کنید که می‌توانند به‌عنوان منابع اضافی که محتوای کلمات کلیدی و عبارات موجود در پاراگراف را نشان می‌دهند، عمل کنند. در تهیه یک درس جدید به معلم کمک کنید - از کلمات و عبارات کلیدی پاراگراف بعدی گزارش تهیه کنید.

سوالات و وظایف

اتم کوچکترین ذره ماده است که از یک هسته و الکترون تشکیل شده است. ساختار پوسته های الکترونیکی اتم ها با موقعیت عنصر در جدول تناوبی عناصر شیمیایی توسط D.I. مندلیف تعیین می شود.

الکترون و پوسته الکترونی یک اتم

یک اتم که عموماً خنثی است از یک هسته با بار مثبت و یک پوسته الکترونی با بار منفی (ابر الکترونی) تشکیل شده است که مجموع بارهای مثبت و منفی در مقدار مطلق برابر است. هنگام محاسبه جرم اتمی نسبی، جرم الکترون ها در نظر گرفته نمی شود، زیرا ناچیز و 1840 برابر کمتر از جرم یک پروتون یا نوترون است.

برنج. 1. اتم.

الکترون یک ذره کاملا منحصر به فرد است که ماهیت دوگانه دارد: هم ویژگی موج و هم ذره را دارد. آنها به طور مداوم در اطراف هسته حرکت می کنند.

فضای اطراف هسته که احتمال یافتن الکترون در آن به احتمال زیاد وجود دارد، اوربیتال الکترونی یا ابر الکترونی نامیده می شود. این فضا شکل خاصی دارد که با حروف s-، p-، d- و f- مشخص می شود. اوربیتال الکترون S شکل کروی دارد، اوربیتال p به شکل یک دمبل یا یک شکل سه بعدی هشت است، شکل اوربیتال های d و f بسیار پیچیده تر است.

برنج. 2. اشکال اوربیتال های الکترونی.

در اطراف هسته، الکترون ها در لایه های الکترونی قرار گرفته اند. هر لایه با فاصله از هسته و انرژی آن مشخص می شود، به همین دلیل است که لایه های الکترونیکی اغلب سطوح انرژی الکترونیکی نامیده می شوند. هر چه سطح به هسته نزدیکتر باشد، انرژی الکترون های موجود در آن کمتر می شود. یک عنصر از نظر تعداد پروتون های هسته اتم و بر این اساس در تعداد الکترون ها با دیگری متفاوت است. در نتیجه، تعداد الکترون‌های لایه الکترونی یک اتم خنثی برابر با تعداد پروتون‌های موجود در هسته این اتم است. هر عنصر بعدی یک پروتون بیشتر در هسته خود و یک الکترون بیشتر در لایه الکترونی خود دارد.

الکترون تازه وارد اوربیتال با کمترین انرژی را اشغال می کند. با این حال، حداکثر تعداد الکترون در هر سطح با فرمول تعیین می شود:

که در آن N حداکثر تعداد الکترون ها و n تعداد سطح انرژی است.

سطح اول فقط می تواند 2 الکترون داشته باشد، سطح دوم می تواند 8 الکترون داشته باشد، سطح سوم می تواند 18 الکترون داشته باشد و سطح چهارم می تواند 32 الکترون داشته باشد. سطح بیرونی یک اتم نمی تواند بیش از 8 الکترون داشته باشد: به محض اینکه تعداد الکترون ها به 8 برسد، سطح بعدی، دورتر از هسته، شروع به پر شدن می کند.

ساختار پوسته های الکترونیکی اتم ها

هر عنصر در یک دوره خاص قرار دارد. پریود مجموعه ای افقی از عناصر است که به ترتیب بار فزاینده هسته اتم هایشان مرتب شده اند که با یک فلز قلیایی شروع و با یک گاز بی اثر ختم می شود. سه دوره اول جدول کوچک هستند و دوره بعدی که از دوره چهارم شروع می شود بزرگ هستند که از دو ردیف تشکیل شده است. تعداد دوره ای که عنصر در آن قرار دارد معنای فیزیکی دارد. این بدان معناست که در یک اتم هر عنصر از یک دوره معین، چند سطح انرژی الکترونیکی وجود دارد. بنابراین عنصر کلر کلر در دوره سوم قرار دارد، یعنی پوسته الکترونی آن دارای سه لایه الکترونیکی است. کلر در گروه هفتم جدول و در زیر گروه اصلی قرار دارد. زیر گروه اصلی ستونی است که در هر گروه با دوره 1 یا 2 شروع می شود.

بنابراین، وضعیت لایه های الکترونی اتم کلر به این صورت است: عدد اتمی عنصر کلر 17 است، به این معنی که اتم دارای 17 پروتون در هسته و 17 الکترون در لایه الکترونی است. در سطح 1 فقط 2 الکترون می تواند وجود داشته باشد، در سطح 3 - 7 الکترون، زیرا کلر در زیر گروه اصلی گروه VII است. سپس در سطح 2 وجود دارد: 17-2-7 = 8 الکترون.

کار مستقل در شیمی ساختار لایه های الکترونی اتم ها برای دانش آموزان پایه هشتم با پاسخ. کار مستقل شامل 4 گزینه است که هر کدام دارای 3 کار است.

1 گزینه

	عنصر	فرمول الکترونیکی

2. فرمول های الکترونیکی عناصر اکسیژن و سدیم را بنویسید. برای هر عنصر مشخص کنید:

الف) حداکثر تعداد الکترون ها در سطح انرژی بیرونی اتم های هر عنصر برابر با عدد گروه است.
ب) حداکثر تعداد الکترون در سطح انرژی دوم هشت است،
ج) تعداد کل الکترون های اتم های هر عنصر برابر با عدد اتمی آن عنصر است.

گزینه 2

1. جدول را پر کنید. عنصر و فرمول الکترونیکی آن را تعیین کنید.

توزیع الکترون ها بر اساس سطوح انرژی	عنصر	فرمول الکترونیکی

اتم های کدام عناصر خواص مشابهی خواهند داشت؟ چرا؟

2. فرمول های الکترونیکی عناصر کربن و آرگون را بنویسید. برای هر عنصر مشخص کنید:

الف) تعداد کل سطوح انرژی در یک اتم،
ب) تعداد سطوح انرژی پر شده در یک اتم،
ج) تعداد الکترون ها در سطح انرژی بیرونی.

3. عبارات صحیح را انتخاب کنید:

الف) تعداد سطوح انرژی در اتم های عناصر برابر با عدد دوره است.
ب) تعداد کل الکترون های یک اتم یک عنصر شیمیایی برابر با عدد گروه است.
ج) تعداد الکترون ها در سطح بیرونی اتم های عناصر یک گروه از زیر گروه اصلی یکسان است.

گزینه 3

1. جدول را پر کنید. عنصر و فرمول الکترونیکی آن را تعیین کنید.

توزیع الکترون ها بر اساس سطوح انرژی	عنصر	فرمول الکترونیکی

اتم های کدام عناصر خواص مشابهی خواهند داشت؟ چرا؟

2. فرمول الکترونیکی عناصر کلر و بور را بنویسید. برای هر عنصر مشخص کنید:

3. عبارات صحیح را انتخاب کنید:

الف) اتم های عناصر یک دوره دارای تعداد یکسانی از سطوح انرژی هستند،
ب) حداکثر تعداد الکترون در هر س-اوربیتال برابر با دو است،
ج) اتم های عناصر شیمیایی با تعداد سطوح انرژی یکسان، خواص مشابهی دارند.

گزینه 4

1. جدول را پر کنید. عنصر و فرمول الکترونیکی آن را تعیین کنید.

توزیع الکترون ها بر اساس سطوح انرژی	عنصر	فرمول الکترونیکی

اتم های کدام عناصر خواص مشابهی خواهند داشت؟ چرا؟

2. فرمول های الکترونیکی عناصر آلومینیوم و نئون را بنویسید. برای هر عنصر مشخص کنید:

3. عبارات صحیح را انتخاب کنید:
الف) تمام سطوح انرژی می توانند تا هشت الکترون داشته باشند،
ب) ایزوتوپ های یک عنصر شیمیایی فرمول های الکترونیکی یکسانی دارند،
ج) حداکثر تعداد الکترون در هر آر-اوربیتال برابر با شش است.

پاسخ برای کار مستقل در شیمی ساختار پوسته های الکترونیکی اتم ها
1 گزینه
1.
1) B - 1s 2 2s 2 2p 1
2) H - 1s 1
3) Al - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
B و Al خواص مشابهی دارند، زیرا اتم های این عناصر دارای سه الکترون در سطح انرژی بیرونی هستند.
2.
O - 1s 2 2s 2 2 p 4
الف) 2،
ب) 1،
ساعت 6؛
Na - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1,
الف) 3،
ب) 2،
در 1.
3. ب، ج.
گزینه 2
1.
1) F - 1s 2 2s 2 2p 5
2) Na - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
3) Li - 1s 2 2s 1
Na و Li خواص مشابهی دارند، زیرا این عناصر هر کدام یک الکترون در سطح انرژی خارجی دارند.
2. C - 1s 2 2s 2 2p 2
الف) 2،
ب) 1،
در 4;
Ar — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
الف) 3،
ب) 2،
ساعت 8.
3. الف، ج.
گزینه 3
1.
1) P - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
2) N - 1s 2 2s 2 2p 3
3) نه - 1s 2
P و N خواص مشابهی دارند، زیرا این عناصر دارای پنج الکترون در سطح انرژی بیرونی هستند.
2. Cl - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
الف) 3،
ب) 2،
در 7;
B — 1s 2 2s 2 2p 1
الف) 2،
ب) 1،
در 3.
3. الف، ب.
گزینه 4
1.
1) Mg - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
2) C - 1s 2 2s 2 2p 2
3) Be - 1s 2 2s 2
Be و Mg خواص مشابهی دارند، زیرا این عناصر دارای دو الکترون در سطح انرژی بیرونی هستند.
2.
Al — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
الف) 3،
ب) 2،
در 3;
Ne - 1s 2 2s 2 2p 6،
الف) 2،
ب) 2،
ساعت 8.
3. ب، ج.

در یک اتم، تعداد الکترون ها برابر با بار هسته است. بار هسته ای عدد اتمی عنصر در جدول تناوبی است. در نتیجه، اتم های هر عنصر شیمیایی بعدی در جدول تناوبی یک الکترون بیشتر از الکترون قبلی دارند.

هنگام توصیف ساختار الکترونیکی یک اتم، نشان می‌دهد که الکترون‌های آن چگونه بین سطوح انرژی توزیع می‌شوند. الکترون ها ابتدا سطوح را با انرژی کمتر و سپس با انرژی بالاتر اشغال می کنند. بنابراین ابتدا اولین سطح انرژی پر می شود، اگر هنوز الکترون وجود دارد، سپس سطح دوم، سوم و غیره. تعداد سطوح انرژی در اتم ها با تعداد دوره ای که عنصر شیمیایی که اتم به آن تعلق دارد تعیین می شود. .

اولین سطح انرژی فقط می تواند دو الکترون داشته باشد. بنابراین، در دوره اول تنها دو عنصر شیمیایی وجود دارد - هیدروژن و هلیوم. هنگامی که یک سطح فقط دارای حداکثر تعداد الکترون های ممکن برای آن باشد، آن تراز کامل گفته می شود. بنابراین اولین سطح انرژی برای همه عناصر به جز هیدروژن تکمیل می شود.

برای عناصر دوره دوم، سطح انرژی دوم به تدریج پر می شود. سطح انرژی دوم می تواند حداکثر 8 الکترون داشته باشد. بنابراین در دوره دوم هشت عنصر شیمیایی وجود دارد.

سومین سطح انرژی می تواند حداکثر 18 الکترون داشته باشد. با این حال، در دوره سوم این سطح خارجی است. در هیچ سطح بیرونی بیش از 8 الکترون وجود ندارد. بنابراین، در دوره سوم، سطح انرژی سوم تنها تا 8 الکترون پر می شود و بنابراین، دوره سوم، درست مانند دوره دوم، تنها حاوی 8 عنصر شیمیایی است.

در دوره چهارم، سطح سوم انرژی دیگر خارجی نیست، بنابراین تا 18 الکترون شامل پر می شود. دو عنصر اول دوره چهارم (K, Ca) سطح انرژی بیرونی را پر می کنند. بنابراین، پتاسیم دارای یک الکترون و کلسیم دارای 2 الکترون است. در مرحله بعد، برای عناصر اسکاندیم (Sc) تا روی (Zn)، سطح انرژی سوم پر می شود و 2 الکترون در سطح خارجی باقی می ماند. بعد از روی با گالیم (Ga)، سطح انرژی چهارم دوباره به 8 الکترون در کریپتون (Kr) پر می شود.

به طور کلی، حداکثر تعداد الکترون ها در هر سطح انرژی با فرمول 2n2 تعیین می شود که n عدد تراز است. بنابراین، اگر سطح دوم باشد، 2 * 2 2 = 8، و اگر سطح 3 باشد، 2 * 3 2 = 18.

الکترون هایی که بیشترین انرژی را دارند، خواص شیمیایی اتم ها را تعیین می کنند و الکترون های ظرفیتی نامیده می شوند. در زیرگروه های اصلی، الکترون های ظرفیت، الکترون های سطح بیرونی هستند و تعداد آنها با عدد گروه تعیین می شود. به همین دلیل است که خواص عناصر یک زیر گروه مشابه است.

خواص اتم ها به تعداد الکترون های ظرفیت بستگی دارد. فلزات تعداد کمی از آنها دارند، اما غیرفلزها تعداد زیادی دارند.

اتم ها که در ابتدا تصور می شد غیرقابل تقسیم هستند، سیستم های پیچیده ای هستند.

یک اتم از یک هسته و یک پوسته الکترونی تشکیل شده است

پوسته الکترونی - مجموعه ای از الکترون ها که در اطراف هسته حرکت می کنند

هسته اتم ها دارای بار مثبت هستند، آنها از پروتون (ذرات با بار مثبت) p+ و نوترون (بدون بار) تشکیل شده اند.

اتم به طور کلی از نظر الکتریکی خنثی است، تعداد الکترون‌های e– برابر با تعداد پروتون‌های p+، برابر با عدد اتمی عنصر در جدول تناوبی است.

شکل یک مدل سیاره ای از یک اتم را نشان می دهد که بر اساس آن الکترون ها در مدارهای دایره ای ثابت حرکت می کنند. این بسیار بصری است، اما ماهیت را منعکس نمی کند، زیرا در واقعیت، قوانین جهان خرد توسط مکانیک کلاسیک اداره می شود، اما مکانیک کوانتومی، که ویژگی های موجی الکترون را در نظر می گیرد.

طبق مکانیک کوانتومی، یک الکترون در یک اتم در امتداد مسیرهای خاصی حرکت نمی کند، اما می تواند در هربا این حال، بخش هایی از فضای دور هسته ای احتمالموقعیت آن در قسمت های مختلف این فضا یکسان نیست.

فضای اطراف هسته که در آن احتمال یافتن الکترون بسیار زیاد است، اوربیتال نامیده می شود. (با مدار اشتباه گرفته نشود!) یا ابر الکترونی.

یعنی یک الکترون مفهوم "مسیر" را ندارد، الکترون ها در مدارهای دایره ای یا مدارهای دیگر حرکت نمی کنند. بزرگترین مشکل مکانیک کوانتومی این است که تصورش غیرممکن است؛ همه ما به پدیده‌های کیهان کلان عادت کرده‌ایم که از مکانیک کلاسیک پیروی می‌کند، جایی که هر ذره متحرک مسیر خود را دارد.

بنابراین، الکترون حرکت پیچیده ای دارد، می تواند در هر نقطه ای از فضا نزدیک هسته قرار گیرد، اما با احتمالات مختلف. بیایید اکنون به آن بخش هایی از فضا که احتمال یافتن الکترون در آنها بسیار زیاد است - اوربیتال ها - شکل آنها و دنباله پر شدن اوربیتال ها با الکترون نگاه کنیم.

بیایید یک سیستم مختصات سه بعدی را تصور کنیم که در مرکز آن هسته یک اتم قرار دارد.

ابتدا اوربیتال 1s پر می شود؛ این اوربیتال در نزدیکترین فاصله به هسته قرار دارد و به شکل یک کره است.

نام هر اوربیتال از یک عدد و یک حرف لاتین تشکیل شده است. عدد سطح انرژی را نشان می دهد و حرف شکل مدار را نشان می دهد.

اوربیتال 1s کمترین انرژی و الکترون های این اوربیتال کمترین انرژی را دارند.

این اوربیتال ممکن است شامل بیش از دو الکترون نیست. الکترون های اتم های هیدروژن و هلیوم (دو عنصر اول) در این اوربیتال قرار دارند.

پیکربندی الکترونی هیدروژن: 1s 1

پیکربندی الکترونی هلیوم: 1s 2

بالانویس تعداد الکترون های آن اوربیتال را نشان می دهد.

عنصر بعدی لیتیوم است، 3 الکترون دارد که دو تای آن در مدار 1s قرار دارند، اما الکترون سوم در کجا قرار دارد؟

این اوربیتال بالاترین انرژی بعدی یعنی مدار 2s را اشغال می کند. همچنین شکل یک کره دارد، اما با شعاع بزرگتر (اوربیتال 1s داخل مدار 2s است).

الکترون های واقع در این اوربیتال در مقایسه با اوربیتال 1s انرژی بیشتری دارند، زیرا دورتر از هسته قرار دارند. حداکثر 2 الکترون در این اوربیتال می تواند وجود داشته باشد.
پیکربندی الکترون لیتیوم: 1s 2 2s 1
پیکربندی الکترونیکی بریلیم: 1s 2 2s 2

عنصر بعدی، بور، در حال حاضر دارای 5 الکترون است، و الکترون پنجم یک اوربیتال را با انرژی حتی بالاتر پر می کند - اوربیتال 2p. اوربیتال های P شکل یک دمبل یا شکل هشت دارند و در امتداد محورهای مختصات عمود بر یکدیگر قرار دارند.

هر اوربیتال p نمی تواند بیش از دو الکترون داشته باشد، بنابراین سه اوربیتال p نمی توانند بیش از شش الکترون داشته باشند. الکترون‌های ظرفیت شش عنصر زیر اوربیتال‌های p را پر می‌کنند، بنابراین به عنوان عناصر p طبقه‌بندی می‌شوند.

پیکربندی الکترونیکی اتم بور: 1s 2 2s 2 2р 1
پیکربندی الکترونیکی اتم کربن: 1s 2 2s 2 2p 2
پیکربندی الکترونیکی اتم نیتروژن: 1s 2 2s 2 2p 3
پیکربندی الکترونیکی اتم اکسیژن: 1s 2 2s 2 2p 4
پیکربندی الکترونیکی اتم فلوئور: 1s 2 2s 2 2р 5
پیکربندی الکترونیکی اتم نئون: 1s 2 2s 2 2р 6

از نظر گرافیکی، فرمول های الکترونیکی این اتم ها در زیر نشان داده شده است:

مربع یک اوربیتال یا یک سلول کوانتومی است، یک فلش نشان دهنده یک الکترون است، جهت فلش مشخصه خاصی از حرکت الکترون است - اسپین (به روشی ساده، می توان آن را به عنوان چرخش یک الکترون به دور محور خود نشان داد. در جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت). باید بدانید که نمی توان دو الکترون با اسپین های یکسان در یک اوربیتال وجود داشته باشد (شما نمی توانید دو فلش را در یک جهت در یک مربع بکشید!). همین است اصل طرد دبلیو پائولی: "حتی دو الکترون در اتمی که هر چهار عدد کوانتومی آن یکسان باشد، نمی تواند وجود داشته باشد."

یک قانون دیگر وجود دارد ( قانون هوندطبق آن، الکترون ها در اوربیتال هایی با انرژی مساوی، ابتدا یکی یکی پراکنده می شوند، و تنها زمانی که هر اوربیتال از قبل دارای یک الکترون باشد، پر شدن این اوربیتال ها با الکترون دوم آغاز می شود. هنگامی که یک اوربیتال با دو الکترون پر می شود، چنین الکترون هایی نامیده می شوند جفت شده است.

اتم نئون دارای یک سطح بیرونی کامل از هشت الکترون است (2 الکترون s + 6 الکترون p = 8 الکترون در سطح انرژی دوم)، این پیکربندی از نظر انرژی مطلوب است، و همه اتم‌های دیگر برای به دست آوردن آن تلاش می‌کنند. به همین دلیل است که عناصر گروه 8A - گازهای نجیب - از نظر شیمیایی بسیار بی اثر هستند.

عنصر بعدی سدیم است، شماره سریال 11، اولین عنصر دوره سوم، دارای سطح انرژی دیگری است - سوم. الکترون یازدهم اوربیتال -3s اوربیتال بعدی با بالاترین انرژی را اشغال خواهد کرد.

پیکربندی الکترونیکی اتم سدیم: 1s 2 2s 2 2р 6 3s 1

سپس اوربیتال های عناصر دوره سوم پر می شود، ابتدا زیرسطح 3s با دو الکترون و سپس زیرسطح 3p با شش الکترون (مشابه دوره دوم) به گاز نجیب آرگون پر می شود که مانند نئون، دارای یک سطح بیرونی هشت الکترونی تکمیل شده است. پیکربندی الکترونیکی اتم آرگون (18 الکترون): 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3р 6

دوره چهارم با عنصر پتاسیم (عدد اتمی 19) شروع می شود که آخرین الکترون بیرونی آن در مدار 4s قرار دارد. الکترون بیستم کلسیم نیز اوربیتال 4s را پر می کند.

پس از کلسیم مجموعه ای از 10 عنصر d است که با اسکاندیم (شماره سریال 21) شروع می شود و با روی (شماره سریال 30) پایان می یابد. الکترون های این اتم ها اوربیتال های سه بعدی را پر می کنند که شکل ظاهری آن ها در شکل زیر نشان داده شده است.

بنابراین، بیایید خلاصه کنیم: